데이터 전송 제어 2

02. 회선 공유 기술

01. 다중화기(Multiplexer)

1) 다중화기의 이해

• 각 단말기에서 요구한 자원을 하나의 고속 통신 회선을 통하여 일정한 시간이나 주파수를 규칙적으로 나누어 사용하는 것으로, 각 단말기 입장에서는 컴퓨터의 자원을 혼자 사용하는 느낌을 갖게 됨

2) 다중화기의 특징

• 공유되는 통신 회선의 채널을 정적으로 배분하여 사용함
• 공유되는 통신 회선을 규칙적으로 공유함
• 입출력 대역폭(데이터 전송 속도, 용량)이 모두 같음
• 단말기들의 전송 속도의 합은 공유되는 통신 회선의 전송 속도와 동일함
• 전송 채널의 개수와 수신 채널의 개수가 동일함
• 집중화기에 비해 기술이 단순함
• 집중화기에 비해 비용이 적게 듦
• 집중화기에 비해 구성 회로가 간단함
• 데이터를 임시 보관하기 위한 버퍼를 필요로 하지 않음
• 다중화기는 동기식 전송
• 다중화기는 Hub(분배기)의 원리
• 다중화기에는 FDM, TDM, CDM, WDM 등이 있음

3) 다중화기의 종류

1. 주파수 분할 다중화기(FDM: Frequency Division Multiplexing)
   • 전송 매체의 대역폭이 클 때 사용하는 다중화기
   • 기술이 단순하고 비용이 적게 듦
   • 구성 회로가 단순함
   • 상호 변조 잡음이 존재함
   • 모뎀 역할을 할 수 있음
   • 공중파, TV, 라디오에서 사용하는 방식
2. 시간 분할 다중화기(TDM : Time Division Multiplexing)
   • 전송 매체의 유효 전송률이 높을 때 사용하는 다중화기
   • 기술이 복잡하고 비용이 많이 듦
   • 구성 회로가 복잡함
   • 상호 변조 잡음이 존재하지 않음
   • 모뎀 역할을 할 수 없음
   • 데이터 통신에서 사용하는 방식
3. 코드 분할 다중화기(CDM : Code Division Multiplexing)
   • 주파수 분할 다중화기와 시간 분할 다중화기를 혼합하여 사용하는 다중화기
   • 이동 통신에서 사용하는 방식
   • 확산 대역 방식이라고 함
   • 기존 방식에 비해 10~20배 전송 용량이 증가함
   • 전송 품질이 뛰어남
   • 보안성이 좋음
   • 전송 지연이 감소됨
4. 광파장 분할 다중화기(WDM : Wavelength Division Multiplexing)
   • 광섬유를 이용한 다중화 방식
   • 파장이 서로 다른 복수의 광신호를 동시에 이용함
   • 빛의 파장 축과 파장이 다른 광선은 서로 간섭을 일으키지 않는 성질을 이용함

4) 동기식 다중화기와 비동기식 다중화기

1. 동기식 시분할 다중화(STDM)
   • 연결된 단말 장치들에 전송할 데이터의 유무에 상관없이 일정하게 타입 슬롯을 할당해서 프레임을 구성하여 전송하는 방식
   • 공유되는 통신 매체의 전송률이 각 단말기 전송률의 합의 속도를 능가할 때 사용함
2. 비동기식 시분할 다중화(ATDM, 지능형, 확률적, 통계적 TDM)
   • 타임 슬롯을 동적으로 할당하여 전송할 데이터가 있는 터미널만 채널을 사용할 수 있도록 하는 방식
   • 공유되는 통신 매체의 전송률이 각 단말기의 전송률의 합보다 적어도 사용이 가능함
   • 채널을 동적으로 할당하기 때문에 채널 요구 신호를 잠시 저장할 버퍼와 주소 제어 회로 등이 필요함
3. STDM과 ATDM의 특징 비교
   • STDM
     • 채널을 정적으로 분배함
     • 규칙적인 작업일 때 유리함
     • 채널의 요구 시에 충돌이 없음
     • 버퍼 및 주소 제어 회로가 필요 없음
     • 고정 슬롯
     • 공유 회선 > A+B+C+D
     • 효율적이지 못함
   • ATDM
     • 채널을 동적으로 분배함
     • 불규칙적인 작업일 때 유리함
     • 채널의 요구 시에 충돌이 있음
     • 버퍼 및 주소 제어 회로가 필요함
     • 가변 슬롯
     • 공유 회선 <= A+B+C+D
     • 효율적

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02. 집중화기(Concentrator)

1) 집중화기의 이해

• 각 단말기에서 요구한 자원을 하나의 고속 통신 회선을 통하여 하나의 단말기만 사용할 수 있도록 제한함
• 하나의 단말기가 고속의 통신 회선을 사용하고 있는 동안 다른 단말기에서 요청한 자원은 버퍼에서 대기해야 함

2) 집중화기의 특징

• 공유되는 통신 회선의 채널을 정적으로 배분하여 사용함
• 공유되는 통신 회선을 독점 형태로 공유함
• 입출력 대역폭(데이터 전송 속도, 용량)이 모두 다름
• 단말기들의 전송 속도의 합은 공유되는 통신 회선의 전송 속도보다 큼
• 전송 채널의 개수와 수신 채널의 개수가 다름
• 다중화기에 비해 기술이 복잡함
• 다중화기에 비해 비용이 많이 듦
• 다중화기에 비해 구성 회로가 복잡함
• 데이터를 임시 보관하기 위한 버퍼가 필요함
• 집중화기는 비동기식 전송
• 집중화기는 교환기(Switch), MAC(매체 접근 기술)의 원리
• 집중화기에는 ALOHA, CSMA/CD, Polling, Token 등이 있음

3) 예약 방식(Reservation)

• 길고 연속적인 데이터를 전송할 때 적당한 방식
• 하나의 채널을 가지고 있는 공유 회선의 사용을 예약하는 방식
• 집중화기는 선택적으로 공유 회선의 사용을 허가함
• 프린터의 공유 회선은 집중화기로 연결되어 있음
• 여러 개의 컴퓨터에서 동시에 출력할 경우, 프린터 서버는 예약을 받음

4) 경쟁 방식(Contention)

1. 경쟁 방식
   • 점유 신호를 먼저 요구한 한쪽이 송신권을 갖는 방식
   • 점유 신호가 동시에 전달되면 충돌이 발생함
   • 충돌이 발생하면 일정 시간을 기다렸다가 다시 점유 신호를 보냄
2. ALOHA
   • 경쟁 방식의 모체 기술로 하와이 주변 섬들의 권리를 무선을 이용하여 통제한 시스템
   • 점유 신호가 충돌 되는 최초의 시스템
3. Slot-ALOHA
   • ALOHA의 낮은 점유율의 단점을 보완한 방법으로 공유 회선의 채널 수를 컴퓨터의 수에 비례하여 늘리는 시스템
4. CSMA
   • 1차 국의 접근 승낙 없이 각 컴퓨터끼리 경쟁하여 접근하는 방법으로 전파 지연 시간을 조절하는 방식
   • CSMA부터 점유 신호의 충돌을 피하는 입장에서 이용하는 방식으로 전환됨
5. CSMA/CD
   • 경쟁 방식의 핵심 기술로 전송량이 적다면 컴퓨터의 개수보다 채널의 수가 적어도 다중화기 수준까지 접근할 수 있는 기술
6. CSMA/CD 기법의 특징
   • 공유 회선에 데이터가 흐르지 않는 것을 확인한 후 데이터는 보내는 방식으로 LAN의 매체 접근 방식
   • 1차 국에서는 회선 점유에 관련된 제어 프로그램이 필요가 없으므로 경제적인 시스템을 구축할 수 있고 장애 처리가 간단함
   • 충돌이 발생하면 다른 단말기에서 데이터 전송은 불가능함
   • 충돌이 발생하면 집중화기는 모든 단말기에 충돌 정보를 전달함
   • 단말기는 충돌 정보를 이용하여 점유 신호를 보냄
   • 통신량이 많아지면 채널의 이용률은 크게 떨어짐
   • 통신량이 적을 때 유리하며 데이터가 일정한 길이 이하일 경우에는 충돌 신호를 검출할 수 없음
   • 모든 단말기는 동등한 통신 회선 점유 권리를 가짐
   • LAN에 연결된 어느 한 단말기가 고장이 나더라도 다른 단말기의 통신에는 전혀 영향을 미치지 않음
   • 채널로 송출된 패킷은 모든 제어기(집중화기)에서 수신 가능하며 제어기는 충돌 검출만 가능함
   • 멀티 포인트형(Star), 멀티드롭형(Bus), 트리형(Tree) 구조에서 주로 사용함
   • Ethernet 모델의 MAC(매체 접근 기술)이며 개선된 Ethernet 모델에서 계속 사용하는 MAC 기술
7. IEEE802의 표준 규약(IEEE 802 Standard family)
   • IEEE 802.3 : CSMA/CD
   • IEEE 802.4 : Token BUS
   • IEEE 802.5 : Token RING
   • IEEE 802.8 : Fiber optic LANs
   • IEEE 802.9 : 음성/데이터 통합 LAN
   • IEEE 802.11 : 무선 LAN(CSMA/CA)
8. IEEE 802.11 추가 규정
   • IEEE 802.11a : OFDM 기술 사용
   • IEEE 802.11b : HR-DSSS 기술 사용
   • IEEE 802.11c : 유무선 LAN 간의 브리지 기능을 강화하기 위한 MAC 기능 수정
   • IEEE 802.11d : 지리적 규제 영역을 넘은 로밍 규격
   • IEEE 802.11e : QoS 보안 강화를 위해 MAC 지원 기능 채택
   • IEEE 802.11f : AP 상호 간에 로밍
   • IEEE 802.11g : OFDM, DSSS 기술 사용

5) 순서적 할당(Round Robin) 방식

1. 중앙형(Polling 방식, Roll-Call-Polling, Bus Polling)
   • 컴퓨터에서 정해진 순서에 따라 단말기를 선택하여 통신 회선 사용의 유무를 문의(Polling)하여 사용하도록 허가하는 방식
   • 전송할 데이터가 있는 단말기는 정해진 시간만큼만 공유 회선의 채널을 사용함
   • 중앙 컴퓨터에 시간을 통제하기 때문에 정해진 시간 이상을 사용할 수 없음
   • 중앙 컴퓨터가 중단되면 통신이 중단됨
2. 분산형(Token 방식, Hub-Go-Ahead Polling, Hub Polling)
   • 1차 국은 각 단말기를 통제하지 않음
   • 허가권(Token)을 갖고 있는 단말기에서만 공유 회선의 채널을 점유할 수 있음
   • 각 단말기 스스로 허가권을 나눠 가짐
   • 중앙 컴퓨터에서 통제하지 않기 때문에 정해진 시간 이상을 사용하여 전송 지연이 발생할 수 있음
   • 중앙 컴퓨터가 고장이 발생해도 단말기끼리는 통신이 계속 유지됨
3. 토큰(Token) 방식의 종류
   • 토큰 버스(Token Bus) 방식 : 버스(Bus) 구조에서 토큰을 운영하는 방식
   • 토큰 링(Token Ring) 방식 : 링(Ring) 구조에서 토큰을 운영하는 방식
   • 토큰 패싱(Token Passing) 방식 : 네트워크 형태는 버스 구조로 사용하고 토큰 운영은 토큰 링 형태로 사용함
   • 슬롯 링(Slotted Ring) : 하나의 토큰으로 사용하지 않고 여러 개의 토큰을 사용함
4. FDDI(Fiber Distributed Data Interface)
   • 최대 200km까지 연결이 가능한 LAN의 광케이블 데이터 전송의 표준
   • FDDI는 한 빌딩 내의 LAN으로 사용되거나 컴퓨터 사이를 고속으로 접속하는 데 주로 사용함
   • Token-Ring에 기반을 두고 있으며, 넓은 지역에 수천 명의 사용자를 지원함
   • FDDI의 최대 프레임 크기는 4,500byte
   • 네트워크 액세스를 제어하기 위해 토큰 링 방식을 개량한 토큰 패싱 방식을 사용함
   • FDDI는 두 개의 토큰링이 있는데, 하나는 1차 링에 장애가 발생하였을 때 사용하는 백업용 링